移动电话用于公共安全和紧急服务，如警察、消防和救护车，也用于私人服务，如车队管理。为了提供增强的服务，同时提高频谱效率和覆盖范围，这些无线网络的设计已经从基于传统的调制方案(如调频和调频)转向数字调制方法。

这些rs的接收器必须能够在存在大干扰信号的情况下准确地将低电平高频信号数字化。在使用某些窄带移动标准的rs中，干扰信号可能比期望的信道大70 dB，频率偏移可小至25 kHz。由于这些系统通常不是蜂窝系统，移动通信系统的地理覆盖范围也是一个重要特征——它们必须具有出色的灵敏度，以恢复覆盖范围边缘用户发出的低水平信号。更复杂的是，这些操作系统通常具有高使用率的可移植性;它们要求使用更小、寿命更长的电池，降低功耗。

作为设备设计人员的辅助，Devices推出了AD9870中频数字化子系统，该IC旨在满足采用超外差架构和/或数字调制方案的移动ro和类似窄带ro应用的苛刻要求。AD9870集成了整个中频带和最小的外部组件。它可以接受频率高达300 MHz的中频信号，带宽高达150 kHz，并提供包含16位I和Q数据的串行数据输出，然后可以用主机处理器解调。AD9870适用于基站和用户单元，结合了基站所需的动态范围和便携式操作系统所需的低功耗。

所有接收机的最大问题是动态范围

接收机的动态范围决定了它在存在较大信号时恢复低电平信号的能力，这些信号被称为阻滞剂和干扰物。图1显示了可以降低任何r - o接收机有效动态范围的各种源。

假设频谱中唯一存在的信号是“小目标信号”。最小可检测信号或灵敏度将由信号带宽(B)、接收器的检测阈值(SNR(MIN))、接收器的噪声系数(NF)和固有热噪声限制(kTB)决定。在290 K的温度下，灵敏度可由下式估算:

灵敏度= SNR(MIN) + 10log(B)+ NF +(-174 dBm/Hz)

以下是一些潜在的噪声源:

如果在下变频到工艺技术的1/f角以下的频率之前，对目标信号施加的增益不足，低频1/f噪声就会成为一个问题。由偏移和二阶失真引起的直流分量也可能是有问题的。

一个大的干扰源可以通过一个被称为“互反混合”的过程，通过接收器本LO的相位噪声使其能量在很宽的频率范围内传播。干扰越大，距离目标信号越近，目标信号就越容易被这种噪声传递机制所破坏。此外，如果该干扰足够大，在接收器的前端电路中引起非线性，则有可能将杂散分量混合回目标信号的通带。“半中频”问题是困扰二阶线性度差的接收机的一种特殊情况，在这种情况下，落在本LO和目标信号中间的干扰会产生二阶分量，该分量与本LO的二阶谐波混合，产生落在目标信号上的杂散。接收机的IIP2规范允许接收机设计人员量化“半中频”杂散。干涉电平P(IN)与产生的二阶杂散之间的差值(得尔塔)为IIP2 - P(IN)。由于IIP2为45 dBm, AD9870基本上不受这种“半中频”问题的影响。

两个大的干扰在等间隔的频率偏移(即，f(0) + 得尔塔和f(0) + 2得尔塔)从目标信号将导致一个杂散分量通过互调过程落在目标信号的顶部。在这种情况下，接收机的线性度在其IIP3规范中被捕获，更高的数字表示对三阶互调的更高容忍度。两个相等的干扰P(IN)和由此产生的三阶互调分量之间的差值或得尔塔为2 × (IIP3 - P(IN))。AD9870的IIP3为-1 dBm，因此在降低接收器灵敏度之前可以承受高达-45 dBm的干扰。

超外差架构

为了应对大型干扰，否则会降低接收器恢复目标低电平信号的能力，超外差架构用于将RF信号转换为一个或多个中频(if)，其中相邻干扰信号的滤波以及目标信号的放大和增益控制更为实用。超外差方案自第一次世界大战以来一直被采用，并且是迄今为止最受欢迎的r0接收机架构。采用这种架构的通用版本，在窄带数字接收机中很常见，如图2中的信号链所示。

在RF- if下变频之前，带选择滤波器(双工器)和/或图像抑制滤波器选择目标信号工作的整个RF频带。低噪声放大器(LNA)在下变频之前提供预期RF频段的放大，对于确定接收器的灵敏度至关重要。RF混频器后的下转换中频频谱除了目标信号外，通常还包含一系列强度不同的信号。通道选择和放大发生在中频:目标信号通过一个或多个晶体或saw型无源滤波器从其他信号中选择。滤波后的目标信号进一步放大，通过AGC回路将信号强度稳定在预设水平，优化正交解调过程。在许多数字接收机中，中频正交调制器将中频信号分离成其正交基带I和Q分量，然后由双ADC进行数字化。在这种情况下，解调信号的调制精度对正交调制器和双ADC中的偏置、正交LO失配和I/Q增益失配非常敏感。

AD9870架构

AD9870中频数字化子系统通过集成大部分中频、基带和一些数字后处理功能模块，降低了典型超外差接收机的复杂性，如图3所示。

AD9870不同于典型的超外差架构，它采用一个宽动态范围的带通西格马 - 得尔塔 ADC来采样二阶中频信号，以及任何邻近的干扰。目标中频信号的解调具有数字精度和稳定性，同时可以通过数字滤波抑制附近的干扰。

AD9870功能框图如图4所示。工作原理类似于超外差架构的射频部分，LNA和混频器用于将中心位于第1中频的目标信号放大并向下转换为适合带通ADC数字化的较低的第2中频。

LNA和混频器提供约10.5 dB增益，同时保持系统动态范围，输入噪声系数为9 dB，三阶截距为0 dBm。高输入阻抗(360欧姆)简化了晶体或SAW滤波器的接口。片上的LO锁相环合成器可以与外部环路滤波器和压控振荡器一起使用，以产生可调谐的LO频率。

第二个中频信号的中心恰好是带通ADC采样率的1/8(即，IF(2) = f (CLK)/8)，以允许一个简单的f (s)/8数字正交解调方案。下变频到第二个中频后，信号由可调(可编程)有源三阶抗混叠滤波器(AAF)处理，以抑制可能出现在采样ADC混叠带内的信号(即N × f (CLK)/8±f (CLK)/8)。AAF调谐电路可以支持13到18 MHz之间的ADC采样率，通常设置并调谐到略高于第二个中频(即，f (-3)dB= f (CLK)/3.2)。

在AAF中嵌入了一个可变增益放大器(VGA)，可提供高达26 dB的增益范围(图5)。VGA增益可扩展AD9870的动态范围，可直接编程或由自动增益控制(AGC)回路控制。AGC回路通常在强信号条件下调用，通过在ADC输入端保持可编程的固定信号电平来防止A/D转换器的“过长”或削波。AD9870采用高效的混合方法实现AGC功能，如图5所示:信号估计和控制中，AD9870和数字域协同工作。

在强目标信号或干扰落在第一级十进制乘20数字滤波器带宽范围内的情况下，对信号进行数字估计并与编程参考电平(AGCR)进行比较。两个电平之间的差异被馈送到数字积分器，该积分器更新控制DAC以调整VGA的电压。由于无法准确估计落在第一级数字滤波器通带之外的强干扰，因此基于简单差分比较器的环路监视ADC的输入，并在任何超量程条件下控制环路，以降低VGA增益。

外部电容用于平滑DAC的过渡，其时间常数由其电容和DAC的内部源电阻确定。R-C截止频率通常设置在控制系统的环路带宽之外，以确保环路动态的连续数字控制。控制环路带宽是数字可编程的，攻击和衰减时间在很宽的范围内可变，并且能够对任何过载条件作出反应。

任何包含VGA的窄带接收器信号链的瞬时动态范围取决于VGA的特定增益设置，因为信号路径中每一级所贡献的噪声与“总体”输入参考噪声的比例随着前一级增益的增加而降低。这意味着由其噪声系数NF描述的输入噪声通常由前几个级(即LNA和混频器)控制，而信号链末端的噪声源(即ADC)对系统的NF的影响最小，前提是这些模块之间有足够的增益。

在AD9870的情况下，VGA的增益名义上在25 db范围内可调。图6显示了当目标信号(或干扰)的输入功率从-85 dBm增加到-23 dBm时，VGA增益设置如何影响AD9870的噪声系数。在小信号条件下，VGA设置为最大增益;AD9870的噪声系数由LNA/混频器以及VGA的输入噪声设置。然而，随着信号功率的增加，它达到一个点(取决于AGC参考电平)，VGA的增益开始下降，以防止ADC削波。此时，随着信号功率进一步增加，VGA增益降低，dB为dB。此外，在该区域，ADC的输入信号电平保持不变，ADC的噪声开始占主导地位，因此系统的NF也以每db 1 db的速率下降。当信号功率继续增加时，达到一个点(即-26 dBm)，此时VGA的增益被设置为绝对最小值，并且ADC输入端的信号电平进一步增加，直到发生削波(即-24 dBm)。

ad9870的“核心”是其带通sigma-delta ADC(图7)，这使得低二次中频数字化方法在需要高动态范围且功耗最小的r / o系统的IC中可行且实用。该ADC与后端数字抽取滤波器一起，在10 khz带宽内实现近14.5 enob性能，同时采样频率高达2.25 MHz的信号。它实现了这些规格，同时从3.0 v电源仅吸取13 mA。

sigma-delta ADC基于一个四阶开关电容、多比特调制器，该调制器由两个级联谐振器组成，在噪声传递函数(NTF)中提供两对复零，接近于f (CLK)/8。这些复零点在第二次中频频率的位置，以及多比特反馈路径，有助于确保在第二次中频频率附近的狭窄区域(±3.3%的f (CLK)/8)内具有低本底噪声。

ADC的数字输出数据被送入AD9870的数字信号处理部分(图8)。该部分由一个f (CLK) /8复(或正交)解调器组成，随后是三个线性FIR滤波器。在滤波之前，复解调器将以f (CLK) /8为中心的目标二阶中频信号分离为其I/Q分量。

复杂解调器的输出频谱由目标信号组成，现在以“dc”为中心，以及在域中未充分过滤的任何不希望的干扰和/或噪声。一系列抽取滤波器去除这些不需要的成分，同时根据目标信道的带宽降低数据速率。根据调制方案，复杂数据速率(因此抽取因子)被设置为至少比信道带宽大两倍，以允许进一步的后处理。DEC1和DEC2都使用级联的四阶梳状滤波器拓扑;DEC2的抽取因子是用户可编程的，以适应不同的信道带宽。DEC3是一个十进制乘3的FIR滤波器;它设置了复合滤波器的近过渡带特性。DEC3的16位i和q输出被送入同步串行接口(SSI)功能，该功能将数据格式化为串行位流，并将其他可选信息(如AGC、信号强度和同步)嵌入到位流中。

可用性

AD9870于2001年冬季投入生产。它有48导联LQFP封装，每1000个单位售价16.96美元。AD9870数据表可在Devices网站上获得。一个评估板和相关的软件也可用。

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